如果有正確的數(shù)據(jù)預(yù)處理和特征工程，該模型更有可能與數(shù)據(jù)未得到很好預(yù)處理的模型相比，產(chǎn)生更好的結(jié)果。

數(shù)據(jù)預(yù)處理主要有4個重要步驟。

• 拆分訓(xùn)練集和測試集
• 處理缺失值
• 處理分類特征
• 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理

拆分訓(xùn)練集和測試集

訓(xùn)練集和測試集拆分是機(jī)器學(xué)習(xí)中的重要步驟之一。

這非常重要，因為你的模型需要在部署之前進(jìn)行評估。

訓(xùn)練集和測試集拆分背后的主要思想是將原始數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換為兩部分

• 訓(xùn)練集
• 測試集

其中訓(xùn)練集由訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練標(biāo)簽組成，測試集由測試數(shù)據(jù)和測試標(biāo)簽組成。

最簡單的方法是使用 scikit-learn 的 一個內(nèi)置函數(shù) train_test_split。

from sklearn.model_selection import train_test_split
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size = 0.2)

在這里，我們在 train_test_split 中傳入了 X 和 y 作為參數(shù) ，它將 X 和 y 進(jìn)行拆分，其中訓(xùn)練集占 80%，測試集占 20% 。

處理缺失值

你可能聽說過一個著名的機(jī)器學(xué)習(xí)短語，它是

Garbage in Garbage out

如果你的數(shù)據(jù)集充滿了缺失值，那么你的模型效果也不好。

因此，處理此類缺失值很重要。

讓我們用一個虛擬數(shù)據(jù)集來看看我們?nèi)绾谓鉀Q這個問題。

首先查看一下數(shù)據(jù)集中的缺失值。

df.isna().sum()

我們可以看到數(shù)據(jù)集中有缺失值。

填充缺失值的一種方法是用該列的平均值填充。

例如，我們可以用該列所有學(xué)生的平均值來填充 Final 列的缺失值。

為此，我們可以使用 sklearn.impute 中的 SimpleImputer 。

from sklearn.impute import SimpleImputer
imputer = SimpleImputer(fill_value=np.nan, startegy='mean')
X = imputer.fit_transform(df)

這將使用 該列的 平均值 填充數(shù)據(jù)框 df 中的所有缺失值 。

可以使用 fit_transform 函數(shù)來做到這一點。

X = pd.DataFrame(X, columns=df.columns)
print(X)

現(xiàn)在，可以看到所有缺失值都用均值進(jìn)行了填充

X.isna().sum()

我們也可以在 SimpleImputer 中使用 mean、 meadian、 mode 等 。

如果 缺失值的行數(shù)較少，或者我們的數(shù)據(jù)不建議填充缺失值，那么可以在 pandas 中使用 dropna 刪除缺失的行。

dropedDf = df.dropna()

在這里，我們刪除了數(shù)據(jù)框中的所有空行并將其存儲在另一個數(shù)據(jù)框中。

dropedD.isna().sum()

處理分類特征

我們可以通過將它們轉(zhuǎn)換為整數(shù)來處理分類特征。有兩種常見的方法可以做到這一點。

• Label Encoding
• One Hot Encoding

在 Label Encoder中，將分類值轉(zhuǎn)換為數(shù)字標(biāo)簽。假設(shè)這是我們的數(shù)據(jù)集

在 Country 列上使用 Label Encoding 會將 India 轉(zhuǎn)換為 1，將 USA 轉(zhuǎn)換為 2，將 China 轉(zhuǎn)換為 0。

這種技術(shù)有一個缺點，即由于 USA 的標(biāo)簽高，它給予 USA 最高優(yōu)先級，而 China 的優(yōu)先級最低，標(biāo)簽為 0。

from sklearn.preprocessing import LabelEncoder
l1 = LabelEncoder()
l1.fit(catDf['Country'])
catDf.Country = l1.transform(catDf.Country)
print(catDf)

如代碼所示，我們實例化了一個 LabelEncoder 對象，然后使用 fit 方法將其應(yīng)用到分類列上，然后使用 transform 方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

在 OneHotEncoder 中 ，我們?yōu)槊總€唯一的分類值創(chuàng)建一個新列。

下面通過一個例子來了解一下。

我們將添加另一個分類列，即 “Continent”。

catDf['Continent'] = ['Asia', 'North America', 'Asia']

現(xiàn)在因為我們有 2 個分類列，它們是 [['Country', 'Continent']]，我們可以對它們進(jìn)行獨熱編碼。

有兩種方法可以做到這一點。

1.DataFrame.get_dummies

這是一種非常常見的方法，我們使用 pandas 內(nèi)置函數(shù) get_dummies 將數(shù)據(jù)幀中的分類值轉(zhuǎn)換為獨熱編碼。

pd.get_dummies(data=catDf)

這將 返回 一個數(shù)據(jù)幀。

在這里我們可以看到它已經(jīng)將 Country 列的唯一值轉(zhuǎn)換為 3 個不同的列，分別是 Country_China、Country_India 和 Country_USA。同樣，Continent 列的 2 個唯一值已轉(zhuǎn)換為 2 個不同的列，分別命名為 Continent_Asia 和 Continent_North America。

2.OneHotEncoder

使用 scikit-learn 中的 OneHotEncoder 也是一種常見的做法。

它提供了更多的靈活性和更多的選擇，但使用起來有點困難。

讓我們看看如何為我們的數(shù)據(jù)集做這件事。

from sklearn.preprocessing import OneHotEncoder
oh = OneHotEncoder()
s1 = pd.DataFrame(oh.fit_transform(catDf.iloc[:, [0,3]]))
catDf = pd.concat([catDf, s1], axis=1)

在這里，我們已經(jīng)初始化了 OneHotEncoder 對象，并在數(shù)據(jù)框中對我們想要的列（列號 0 和列號 3）上使用了它的 fit_transform方法。

fit_transform 的返回類型 是 numpy.ndarray ，所以我們通過pd.DataFrame 將其轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)框 ，并存儲在一個變量中。

然后，為了將它加入我們的原始數(shù)據(jù)幀，可以使用 pd.concat 連接 2 個不同數(shù)據(jù)幀。

你可以看到，與 pd.get_dummies 相比，它的可讀性并不清晰

但是如果你比較使用 pd.get_dummies 和 OneHotEncoder 獲得的最后 5 列，它們都是相等的。

標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)集

某些實驗證明，與未標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)集相比，機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)模型在標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)集上的表現(xiàn)更好。

有幾種方法可以做到這一點。我將討論標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)集的 2 種常用方法。

1、Standard Scaler

使用這種技術(shù)，可以將數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)化為均值為 0，標(biāo)準(zhǔn)差為 1。

from sklearn.preprocessing import StandardScaler
ss = StandardScaler()
catDf.iloc[:,1:-1] = ss.fit_transform(catDf.iloc[:,1:-1])
print(catDf)

2、Normalization

正則化是將 **每個樣本縮放到單位范數(shù)（每個樣本的范數(shù)為1）**的過程。

如果你計劃使用二次型（點積）或任何其他核方法來計算兩個樣本之間的相似性，則此過程會很有用。

Normalization 主要思想是對每個樣本計算其p-范數(shù)，然后對該樣本中每個元素除以該范數(shù)，這樣處理的結(jié)果是使得每個處理后樣本的p-范數(shù)（l1-norm,l2-norm）等于1。

使用過程非常簡單，與 StandaradScaler 類似。

from sklearn.preprocessing import Normalizer
norm = Normalizer()
catDf.iloc[:,1:-1] = norm.fit_transform(catDf.iloc[:,1:-1])
catDf

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